CN107928864B - 一种低温冷疗系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的低温冷疗系统，包括冷疗模块及低温制冷模块，所述冷疗模块包括一级冷疗单元和二级冷疗单元；所述低温制冷模块包括一级制冷单元和二级制冷单元；所述一级制冷单元包括一级压缩机、一级冷凝器、一级回热换热器、一级节流元件和一级蒸发器，所述二级制冷单元包括二级压缩机、二级冷凝器、一级回热换热器、二级回热换热器、二级节流元件和二级蒸发器，所述一级蒸发器设置于所述一级冷疗单元内，所述二级蒸发器设置于所述二级冷疗单元内，本发明提供的低温冷疗系统，采用压缩制冷方式，无需使用液氮，解决液氮制冷本身的缺陷，并避免液氮制冷带来的安全隐患；同时，本发明提供的低温冷疗系统，结构简单，使用方面，降低了使用成本，且采用大潜热量的蓄冷材料，可实现快速制冷。

Description

一种低温冷疗系统

技术领域

本发明涉及低温理疗技术领域，尤其涉及一种低温冷疗系统。

背景技术

全身冷冻疗法(Whole-Body Cryotherapy，WBC)是将全身暴露于温度可控(-110至-180℃)环境，进行无创治疗的物理疗法。WBC利用强烈、短时间的冷刺激和复温过程，激活身体应激保护机制，增加血液循环流量，可提高部分淋巴细胞和免疫球蛋白活性，改善机体免疫抑制、免疫失衡状况，增强机体免疫功能。

WBC应用范围从最初治疗风湿性疾病逐渐扩展到其他疾病，应用领域也从临床医学逐渐延伸到运动医学，并应用在运动训练实践中，对运动员而言，它能够很好地缓解疼痛、加速恢复和减少受伤后的炎症反应，最重要的一点是，目前没有发现冷疗对运动员的身体健康有负面作用。因该方法操作方便、治疗时间短、治疗过程舒适、治疗效果显著，日益受到国内外运动员的青睐。

2012年伦敦奥运会，国际奥委会公开支持使用科学仪器开发运动员的自身潜能，冷冻治疗仪很快要成为高水平运动员的“标配”仪器。冷冻疗法在癌症领域也大放异彩，与一般癌症手术不同，从临床试验结果，超低温冷冻手术不仅能破坏癌组织，还能调节机体免疫功能。在超低温状态下，癌细胞组织被破坏，而在恢复常温时，残余的肿瘤组织会产生免疫物质，从而抑制肿瘤再度生长。WBC在发达地区发展迅猛，并已进入大众生活，2012年美国只有7家的冷冻治疗中心，2015年的时候已经到了30余家，而欧洲在2016年已超过200家，每个治疗中心包含若干冷冻治疗仪。在中国，河北、浙江、北京体育科学研究所已引进若干此类设备，上海有2家低温冷疗体验中心。

全身冷冻疗法在温度可控冷冻室中进行，其对温度要求低，降温速度快，国内由于缺乏自主核心技术，上述高端仪器完全依赖国外进口。著名的有CRYOWorld公司的超低温冷疗舱，在美国已有200多套产品应用，其产品也已进入上海。目前市场上低温冷疗舱几乎全为液氮制冷，不过产品也分两种类型，一种为低温氮气与人体直接接触制冷，只利用氮气冷量，可避免液氮蒸发冻伤皮肤；另一种以液氮冷却空气，再以空气冷却皮肤。受制于液氮制冷，其使用成本居高不下，每次治疗需350元(2～3分钟)以上，造成普通人难以承受，推广难度大，目前仅在高水平运动员中及部分发达地区有所应用。

专利CN105167838A提供一种超低温冷疗仪。设备包括气体仓和冷疗舱，气体仓和冷疗舱之间设置有进气口和排气口，气体仓包括液氮罐、气囊、液氮腔体、涡轮风机和气体仓排气口，吸气电机通过控制气囊的进出气把液氮压入液氮腔体中，液氮腔体中的液氮在涡轮风机的作用下汽化为氮气，氮气通过进气口进入冷疗舱，氮气在冷疗舱内进行循环，氮气在循环的过程中通过排气口进入气体仓，气体仓排气口用于将气体仓内的氮气排出。

专利CN2499008的实用新型专利超低温康复房，由相互连通的若干个房间、控制装置以及制冷设备构成。制冷设备是液氮储罐，房间的内顶部设有热交换器和由控制装置调节的供冷阀门，制冷设备与热交换器连接。利用制冷阀门的开启和关闭，达到房间依次降温的效果。使用者可以分别经过预冷房间后进入超低温房间。具有结构简单，安全可靠等优点。

专利CN104188791A的发明专利深冷桑拿设施，是一种利用电能，采用压缩机复叠制冷方式，通过蒸发器连续向保温性能良好的桑拿房提供冷气，将桑拿房温度降低到-60℃～-160℃的温度，使得人体进入到深冷桑拿房内能接受超低温冷冻刺激，以达到深冷桑拿设施。

专利CN2461537Y也提出一种集低温/高温桑拿功能于一体的桑拿理疗装置，设有水蒸汽发生器和液氮杜瓦瓶，集低温/高温功能于一体。

专利CN86108116A发明一种通过低温疗法治疗风湿病患者的治疗气体的制造方法。将治疗使用的氮气、氧气、稀有气体、烃混合物等气体在换热器中调节，导出恒温液体，最后使均相气体对准需治疗身体表面，进行局部治疗。

专利CN 203017359 U发明一种新型超低温桑拿室，包括冷气室、蒸发装置、电路控制系统及液氮存储装置，通过氮液冷却的方式让使用者骤冷，从而达到桑拿的效果。

从上述分析可知，现有仪器大都依赖液氮，而液氮制冷具有本身的缺陷：首先，液氮来源受限，偏远地区使用无法保障；其次，液氮使用不便，需要根据用量频繁更换，使用及维护成本高；最后，液氮由于沸点低，大温差换热，其

损失极大，效率难以提升。此外，液氮制冷还存在窒息风险，液氮冻住蒸汽的时候就会出现这种情况。更重要的是，房间内增多的氮蒸汽会导致氧含量下降，并最终让人因缺氧而陷入昏迷。根据德克萨斯大学公布的数据，每年都会有1500至2000人在冷冻疗法中受到伤害。美国国立卫生研究院已拨款110万美金，用于建立“首个有效和安全冷冻疗法的正式草案”，用于规范冷冻治疗设备以最小化治疗中潜在的副作用。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种无需使用液氮且制冷效率高，安全可靠的低温冷疗系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种低温冷疗系统，包括冷疗模块及低温制冷模块，所述冷疗模块包括一级冷疗单元和二级冷疗单元；所述低温制冷模块包括一级制冷单元和二级制冷单元；其中：

所述一级制冷单元包括一级压缩机、一级冷凝器、一级回热换热器、一级节流元件和一级蒸发器，所述一级压缩机的出口连接所述一级冷凝器的入口，所述一级冷凝器的出口连接所述一级回热换热器的一级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器的一级高压制冷剂出口连接所述节流元件的入口，所述节流元件的出口连接所述一级蒸发器的入口，所述一级蒸发器的出口连接所述一级回热换热器的一级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器的一级低压制冷剂出口连接所述一级压缩机的入口，并形成一个循环回路；

所述二级制冷单元包括二级压缩机、二级冷凝器、一级回热换热器、二级回热换热器、二级节流元件和二级蒸发器，所述二级压缩机的出口连接所述二级冷凝器的入口，所述二级冷凝器的出口连接所述一级回热换热器的二级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器的二级高压制冷剂出口连接所述二级回热换热器的高压制冷剂入口，所述二级回热换热器的高压制冷剂出口连接所述二级节流元件的入口，所述二级节流阀的出口连接所述二级蒸发器的入口，所述二级蒸发器的出口连接所述二级回热换热器的低压制冷剂入口，所述二级回热换热器的低压制冷剂出口连接所述一级回热换热器的二级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器的二级低压制冷剂出口连接所述二级压缩机的入口，并形成一个循环回路；

所述一级蒸发器设置于所述一级冷疗单元内，所述二级蒸发器设置于所述二级冷疗单元内。

在一些较佳的实施例中，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元由工作温度由高到低依次相连。

在一些较佳的实施例中，所述一级冷疗单元的工作温度为-60℃～-80℃，所述二级冷疗单元的工作温度为-110℃～-190℃。

在一些较佳的实施例中，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元的外侧采用双层保温结构，所述双层保温结构包括保温材料采用-60℃的气体保温层及设置于所述气体保温层外的固体保温层。

在一些较佳的实施例中，所述固体保温层的材料为聚氨酯泡沫。

在一些较佳的实施例中，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元的内壁为热阻大的安全材料组成。

在一些较佳的实施例中，所述安全材料为木材或聚四氟乙烯。。

在一些较佳的实施例中，所述一级制冷单元和二级制冷单元均为混合工质制冷单元；

所述一级制冷单元的混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳及甲烷中的至少两种；

所述二级制冷单元的种混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳、甲烷、氮气、氖气中的至少两种。

在一些较佳的实施例中，所述一级蒸发器和二级蒸发器内设置有蓄冷材料，所述蓄冷材料包括相变蓄冷材料和非相变蓄冷材料，所述一级蒸发器中的蓄冷材料为凝固点-40℃～-80℃的相变材料，所述二级蒸发器中蓄冷材料为凝固点-100℃～-190℃的相变材料，所述非相变材料包括不锈钢、铝及铜。

在一些较佳的实施例中，所述凝固点-40℃～-80℃的相变材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中的至少一种；所述凝固点-140℃～-190℃的相变材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中至少一种。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的低温冷疗系统，包括冷疗模块及低温制冷模块，所述冷疗模块包括一级冷疗单元和二级冷疗单元；所述低温制冷模块包括一级制冷单元和二级制冷单元；所述一级制冷单元包括一级压缩机、一级冷凝器、一级回热换热器、一级节流元件和一级蒸发器，所述二级制冷单元包括二级压缩机、二级冷凝器、一级回热换热器、二级回热换热器、二级节流元件和二级蒸发器，所述一级蒸发器设置于所述一级冷疗单元内，所述二级蒸发器设置于所述二级冷疗单元内，本发明提供的低温冷疗系统，采用压缩制冷方式，避免使用液氮，解决液氮制冷本身的缺陷，并避免液氮制冷带来的安全隐患；同时，本发明提供的低温冷疗系统，结构简单，使用方面，降低了使用成本，且采用大潜热量的蓄冷材料，可实现快速制冷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的低温冷疗系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的冷疗模块的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的低温冷疗系统的工作示意图。

图4为本发明实施例提供的低温冷疗系统的另一工作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明一实施例提供的低温冷疗系统10的结构示意图，包括冷疗模块110及低温制冷模块120。

请参阅图2，为本发明一实施例提供的冷疗模块110的结构示意图。

在一些较佳实施例中，所述一级冷疗单元111和二级冷疗单元112由工作温度由高到低依次相连。冷疗过程为由一级冷疗单元111进入二级冷疗单元112。

优选地，所述一级冷疗单元111的工作温度为-60℃～-80℃，所述二级冷疗单元112的工作温度为-160℃～-190℃。

进一步地，所述一级冷疗单元111和二级冷疗单元112的外侧采用双层保温结构，所述双层保温结构包括保温材料采用-60℃的气体保温层及设置于所述气体保温层外的固体保温层，所述固体保温层为福乐斯弹性泡沫armaflex或聚氨酯泡沫。

进一步地，所述一级冷疗单元111和二级冷疗单元112的内壁为热阻大的安全材料组成。所述安全材料为木材或聚四氟乙烯。

所述低温制冷模块120包括一级制冷单元121和二级制冷单元122。

请再参阅图1，所述低温制冷模块120包括一级制冷单元121和二级制冷单元122。

所述一级制冷单元111包括一级压缩机(CU1)1110、一级冷凝器(COND1)1111、一级回热换热器(HX1)1112、一级节流元件(V1)1113和一级蒸发器(EVAP1)1114，所述一级压缩机(CU1)1110的出口连接所述一级冷凝器

(COND1)1111的入口，所述一级冷凝器(COND1)1111的出口连接一级回热换热器(HX1)1112的一级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器(HX1)1112的一级高压制冷剂出口连接所述节流元件(V1)1113的入口，所述节流元件(V1)1113的出口连接所述一级蒸发器(EVAP1)1114的入口，所述一级蒸发器(EVAP1)1114的出口连接一级回热换热器(HX1)1112的一级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器(HX1)1112的一级低压制冷剂出口连接一级压缩机(CU1)1110的入口，并形成一个循环回路；

所述二级制冷单元112包括二级压缩机(CU2)1120、二级冷凝器(COND2)1121、一级回热换热器(HX1)1112、二级回热换热器(HX2)1122、二级节流元件(V2)1123和二级蒸发器(EVAP2)1124，所述二级压缩机(CU2)1120的出口连接二级冷凝器(COND2)1121的入口，所述二级冷凝器(COND2)1121的出口连接一级回热换热器(HX1)1112的二级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器(HX1)1112的二级高压制冷剂出口连接二级回热换热器(HX2)1122的高压制冷剂入口，所述二级回热换热器(HX2)1122的高压制冷剂出口连接二级节流元件(V2)1123的入口，所述二级节流阀(V2)1123的出口连接二级蒸发器(EVAP2)1124的入口，所述二级蒸发器(EVAP2)1124的出口连接二级回热换热器(HX2)1122的低压制冷剂入口，所述二级回热换热器(HX2)1122的低压制冷剂出口连接一级回热换热器(HX1)1112的二级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器(HX1)1112的二级低压制冷剂出口连接二级压缩机(CU2)1120的入口，并形成一个循环回路。

所述一级蒸发器(EVAP1)1114设置于所述一级冷疗单元111内，所述二级蒸发器(EVAP2)1124设置于所述二级冷疗单元112内。

进一步地，一级制冷单元121和二级制冷单元122均为混合工质制冷单元。

所述一级制冷单元121的混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳及甲烷中的至少两种。

优选地，所述一级制冷单元121由6种混合工质组成，包括异戊烷、异丁烷、丙烷、乙烷、乙烯、甲烷，其摩尔比为0.05：0.12：0.13：0.2：0.2：0.3。

所述二级制冷单元122的种混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳、甲烷、氮气、氖气中的至少两种。

优选地，所述二级制冷单元122由9种混合工质组成，包括异戊烷、异丁烷、丙烷、乙烷、乙烯、四氟化碳、甲烷、氮气、氖气等，其摩尔比为0.05：0.1：0.1：0.1：0.1：0.15：0.15：0.2：0.05。

优选地，所述一级蒸发器(EVAP1)1114和，所述二级蒸发器(EVAP2)1124内设置有蓄冷材料，所述蓄冷材料包括相变蓄冷材料和非相变蓄冷材料，所述一级蒸发器中的蓄冷材料为凝固点-40℃～-80℃的相变材料，所述二级蒸发器中蓄冷材料为凝固点-100℃～-190℃的相变材料，所述非相变材料包括不锈钢、铝及铜。

进一步地，所述凝固点-40℃～-80℃的相变材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中的至少一种；所述凝固点-100℃～-190℃的相变材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中至少一种。

本发明提供的低温冷疗系统，采用压缩制冷方式，避免使用液氮，解决液氮制冷本身的缺陷，并避免液氮制冷带来的安全隐患；同时，本发明提供的低温冷疗系统，结构简单，使用方面，降低了使用成本，且采用大潜热量的蓄冷材料，可实现快速制冷。

以下结合具体实施例对上述方案进行详细说明。

实施例1：

请参阅图3，为本发明提供的低温冷疗系统的工作示意图，所述冷疗模块(TIM)为单人冷疗方式，治疗过程从右至左，经一级冷疗单元CTR1和二级冷疗单元CRT2后至复温区HR复温。一级冷疗单元CTR1和二级冷疗单元CRT2在低温气体氛围中，一级冷疗单元CTR1和二级冷疗单元CRT2的外侧GI以及复温区外侧置有固体保温材料聚氨酯泡沫。

实施例2：

参见图4，为本发明提供的低温冷疗系统的工作示意图，所述冷疗模块TIM为多冷疗方式，可以同时容纳1～10人冷疗。

治疗过程从右至左，经一级冷疗单元CTR1和二级冷疗单元CRT2，所述一级冷疗单元CTR1的制冷温度为-60℃，所述二级冷疗单元CRT2的制冷温度为-190℃,。

在本实施例中，一级蒸发器(EVAP1)分为若干管路，分别至于低温气体保温层和一级治疗单元，由于低温气体保温层的存在，可减少外侧GI固体保温材料负担，固体保温材料为聚氨酯泡沫。

当然本发明的低温冷疗系统还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种低温冷疗系统，其特征在于，包括冷疗模块及低温制冷模块，所述冷疗模块包括一级冷疗单元和二级冷疗单元；所述低温制冷模块包括一级制冷单元和二级制冷单元；其中：

所述一级制冷单元包括一级压缩机、一级冷凝器、一级回热换热器、一级节流元件和一级蒸发器，所述一级压缩机的出口连接所述一级冷凝器的入口，所述一级冷凝器的出口连接所述一级回热换热器的一级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器的一级高压制冷剂出口连接所述节流元件的入口，所述节流元件的出口连接所述一级蒸发器的入口，所述一级蒸发器的出口连接所述一级回热换热器的一级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器的一级低压制冷剂出口连接所述一级压缩机的入口，并形成一个循环回路；

所述二级制冷单元包括二级压缩机、二级冷凝器、一级回热换热器、二级回热换热器、二级节流元件和二级蒸发器，所述二级压缩机的出口连接所述二级冷凝器的入口，所述二级冷凝器的出口连接所述一级回热换热器的二级高压制冷剂入口，所述一级回热换热器的二级高压制冷剂出口连接所述二级回热换热器的高压制冷剂入口，所述二级回热换热器的高压制冷剂出口连接所述二级节流元件的入口，所述二级节流阀的出口连接所述二级蒸发器的入口，所述二级蒸发器的出口连接所述二级回热换热器的低压制冷剂入口，所述二级回热换热器的低压制冷剂出口连接所述一级回热换热器的二级低压制冷剂入口，所述一级回热换热器的二级低压制冷剂出口连接所述二级压缩机的入口，并形成一个循环回路；

所述一级蒸发器设置于所述一级冷疗单元内，所述二级蒸发器设置于所述二级冷疗单元内。

2.如权利要求1所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元由工作温度由高到低依次相连。

3.如权利要求2所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级冷疗单元的工作温度为-60℃～-80℃，所述二级冷疗单元的工作温度为-110℃～-190℃。

4.如权利要求1所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元的外侧采用双层保温结构，所述双层保温结构包括保温材料采用-60℃的气体保温层及设置于所述气体保温层外的固体保温层。

5.如权利要求4所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述固体保温层的材料为聚氨酯泡沫或福乐斯弹性泡沫。

6.如权利要求5所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级冷疗单元和二级冷疗单元的内壁为热阻大的安全材料组成。

7.如权利要求6所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述安全材料为木材或聚四氟乙烯。

8.如权利要求1所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级制冷单元和二级制冷单元均为混合工质制冷单元；

所述一级制冷单元的混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳及甲烷中的至少两种；

所述二级制冷单元的种混合工质包括异戊烷、异丁烷、丁烷、丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、四氟化碳、甲烷、氮气、氖气中的至少两种。

9.如权利要求1所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述一级蒸发器和二级蒸发器内设置有蓄冷材料，所述蓄冷材料包括相变蓄冷材料和非相变蓄冷材料，所述一级蒸发器中的蓄冷材料为凝固点-40℃～-80℃的相变蓄冷材料，所述二级蒸发器中蓄冷材料为凝固点-100℃～-190℃的相变蓄冷材料，所述非相变蓄冷材料包括不锈钢、铝及铜。

10.如权利要求9所述的低温冷疗系统，其特征在于，所述凝固点-40℃～-80℃的相变蓄冷材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中的至少一种；所述凝固点-100℃～-190℃的相变蓄冷材料，包括烷烃、烯烃、醇类、酯类、醚类中至少一种。

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